KR20240036943A - 생체정보 추정 장치 및 비정상 생체신호 검출 방법 - Google Patents

Abstract

비침습적 생체정보 추정 장치 및 생체정보 추정 장치가 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 PPG(Photoplethysmogram) 신호를 획득하는 PPG 센서와, PPG 신호의 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하고, 추출된 쌍들 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하여, 선택된 적어도 하나의 기준 쌍을 기초로 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체정보 추정 장치 및 비정상 생체신호 검출 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING BIO-INFORMATION, METHOD FOR DETECTING ABNORMAL BIO-SIGNAL}

비침습적으로 생체정보를 추정하는 장치 및 비정상 생체신호를 검출하는 방법과 관련된다.

최근 고령화된 인구구조와 급증하는 의료비 및 전문 의료서비스인력의 부족 등으로 인해 IT 기술과 의료기술이 접목된 IT-의료 융합기술에 대한 연구가 수행되고 있다. 특히 인체의 건강상태에 대한 모니터링은 병원과 같은 고정된 장소에서만 수행되는 것으로 국한되지 않고, 가정과 사무실 등 일상생활 속에서 언제 어디서나 사용자의 건강 상태를 모니터링해 주는 모바일 헬스케어(mobile healthcare) 분야로 확대되고 있다. 개인의 건강상태를 나타내 주는 생체신호의 종류에는 대표적으로 ECG(심전도, Electrocardiography), PPG(광전용적맥파, Photoplethysmogram), EMG(근전도, Electromyography) 신호 등이 있으며, 일상생활에서 이를 측정하기 위해서 다양한 생체신호 센서가 개발되고 있다. 특히 PPG 센서의 경우는 심혈관계 상태 등을 반영하는 맥파 형태를 분석하여 인체의 혈압 추정이 가능하다.

PPG 생체신호 관련 연구결과에 의하면 전체 PPG 신호는 심장에서 출발하여 신체 말단부로 향하는 진행파(propagation wave)와 말단부에서 다시 되돌아오는 반사파(reflection wave)들로 중첩되어 구성된다. 그리고 진행파 혹은 반사파들과 관련된 다양한 특징(feature)들을 추출하면 혈압을 추정할 수 있는 정보를 얻을 수 있음이 알려져 있다.

대한민국 등록특허 제10-2361725호 (2022.2.7)

생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법과 생체정보를 추정하는 장치가 제시된다.

일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체에 광을 조사하는 광원과 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터를 포함하고, 상기 검출된 광을 기초로 PPG(Photoplethysmogram) 신호를 획득하는 PPG 센서, 및 PPG 신호의 2차 미분신호를 획득하고, 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하며, 추출된 쌍들 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하고, 선택된 적어도 하나의 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다.

프로세서는 판단 결과 PPG 신호가 정상이면, 상기 PPG 신호를 이용하여 혈압을 포함한 생체정보를 추정하고, 판단 결과 PPG 신호가 비정상이면 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정을 종료하거나, 비정상으로 판단된 PPG 신호의 한 주기 신호를 수정한 후 생체정보를 추정하거나, 또는 상기 선택된 기준 쌍을 상기 2차 미분신호에 대한 유효한 첫 번째 쌍으로 설정한 다음 생체정보를 추정할 수 있다.

또한, 생체정보 추정 장치는 생체정보 추정 결과 및 추정 실패에 관한 정보 중의 적어도 하나를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

프로세서는 상기 2차 미분신호에서 시간 순으로 순차적으로 극대점과 극소점의 쌍을 추출할 수 있다.

프로세서는 추출된 각 쌍의 극대값과 극소값의 차이를 산출하고, 산출된 극대값과 극소값의 차이에 기초하여 상기 기준 쌍을 선택할 수 있다.

프로세서는 PPG 신호의 한 주기를 기초로 설정된 일정 시간 구간 내에서 기준 쌍을 선택할 수 있다.

프로세서는 산출된 극대값과 극소값의 차이가 가장 큰 쌍, 또는 상기 산출된 극대값과 극소값의 차이에 소정 계수를 곱한 결과가 가장 큰 쌍을 상기 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

프로세서는 결정된 기준 쌍의 극대점의 시간을 소정 임계치와 비교하여 상기 극대점의 시간이 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단할 수 있다

프로세서는 PPG 신호가 정상으로 판단되면, 상기 기준 쌍을 상기 2차 미분신호에 대한 유효한 첫 번째 쌍으로 설정한 다음 2차 미분신호 및 PPG 신호 중의 적어도 하나를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.

프로세서는 추출된 쌍들 중에서 첫 번째 쌍 및 두 번째 쌍을 각각 제1 기준 쌍 및 제2 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

프로세서는 제1 기준 쌍의 극소점에 대응하는 PPG 신호의 제1 진폭과 제2 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제2 진폭을 이용하여 PPG 신호의 정상 여부를 판단할 수 있다.

프로세서는 제1 진폭과 제2 진폭 사이의 비가 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단할 수 있다.

일 양상에 따르면, 비정상 PPG 신호의 검출 방법은 PPG 센서를 통해, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG 신호를 측정하는 단계, 프로세서를 통해, 상기 PPG 신호의 2차 미분신호를 획득하는 단계, 프로세서를 통해, 상기 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하는 단계, 프로세서를 통해, 상기 추출된 복수의 극대점 및 극소점의 쌍 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하는 단계, 및 프로세서를 통해, 상기 선택된 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

기준 쌍을 선택하는 단계는 추출된 각 쌍의 극대값과 극소값의 차이를 산출하고, 산출된 극대값과 극소값의 차이에 기초하여 상기 기준 쌍을 선택할 수 있다.

기준 쌍을 선택하는 단계는 산출된 극대값과 극소값의 차이가 가장 큰 쌍, 또는 상기 산출된 극대값과 극소값의 차이에 소정 계수를 곱한 결과가 가장 큰 쌍을 상기 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는 결정된 기준 쌍의 극대점의 시간을 소정 임계치와 비교하여 상기 극대점의 시간이 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단할 수 있다.

기준 쌍을 선택하는 단계는 추출된 쌍들 중에서 첫 번째 쌍 및 두 번째 쌍을 각각 제1 기준 쌍 및 제2 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는 제1 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제1 진폭과 제2 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제2 진폭을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단할 수 있다.

PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는 제1 진폭과 상기 제2 진폭 사이의 비가 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단할 수 있다.

일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체에 광을 조사하는 광원 및 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터를 포함하고, 상기 검출된 광을 기초로 PPG 신호를 측정하는 PPG 센서, 및 PPG 신호로부터 2차 미분신호를 획득하고, 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하며, 추출된 복수의 쌍들 중에서 제1 조건에 따라 선택된 하나이 기준 쌍을 기초로 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하고, 판단 결과 비정상이면 제2 조건에 따라 선택된 두 개의 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 다시 판단할 수 있다.

피검체로부터 측정된 생체신호의 정상 여부를 효과적으로 판정하는 방법을 제시하고, 이를 통해 생체정보 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2d는 PPG 신호에 포함된 요소 파형의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 5a 내지 도 5c는 전자장치에서 혈압 추정 관련 정보를 제공하는 도면들이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 7 다른 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 9 내지 도 11은 생체정보 추정 장치를 포함한 전자장치의 다양한 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 2a 내지 도 2d는 PPG 신호에 포함된 요소 파형의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.

생체정보 추정 장치의 다양한 실시예들은 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC, 또는, 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형, 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형 등 다양한 형태의 웨어러블 기기와 같은 전자장치를 통해 구현될 수 있다.

도 1을 참조하면, 생체정보 추정 장치(100)는 센서(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.

센서(110)는 피검체로부터 생체신호를 측정할 수 있다. 예컨대, 생체신호는 PPG(photoplethysmogram), ECG(Electrocardiography), EMG(Electromyography), IPG(impedance plethysmogram), Pressure wave, 및 VPG(video plethysmogram) 등일 수 있다. 이때, 피검체는 센서(110)와 접촉하거나 인접하는 생체 영역으로서 맥파 측정이 용이한 인체의 부위일 수 있다. 예를 들어, 요골 동맥에 인접한 손목 피부 영역, 모세혈이나 정맥혈이 지나가는 인체 피부 영역을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 기타 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락 등 인체의 말초 부위일 수도 있다.

예를 들어, 센서(110)는 피검체로부터 PPG 신호를 측정하는 PPG 센서일 수 있다. PPG 센서는 피검체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원과, 광원에 의해 조사되어 피검체로부터 산란, 반사 또는 투과 등 반응된 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 이때, 광원은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있다. 광원은 하나 이상의 파장(예: 녹색, 적색, 청색, 적외 파장)의 광을 조사할 수 있다. 또한, 디텍터는 하나 이상 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

프로세서(120)는 센서(110)와 전기적 또는 기능적으로 연결될 수 있으며 센서(110)를 제어하여 생체신호를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 생체신호의 파형을 분석하여 생체신호의 정상 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 생체정보 추정 과정을 계속 진행하거나 추정 실패를 선언하고 종료할 수 있다. 이때, 생체정보는 혈압, 부정맥, 혈관 나이, 피부 탄력도, 피부 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.

프로세서(120)는 센서(110)로부터 생체신호가 수신되면, 생체신호에서 노이즈를 제거하는 등의 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 필터링(예: 0.4~10Hz의 밴드 패스 필터링), 생체신호의 증폭, 디지털 신호로의 변환, 스무딩 및, 연속 측정 맥파신호의 앙상블 평균화(ensemble averaging) 등의 신호 보정을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 생체신호의 파형에서 한 주기 단위의 대표 파형을 추출하고, 추출된 대표 파형을 분석하여 생체신호의 정상 여부 판단, 및/또는 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 생체신호의 파형에서 최저점과 최저점 사이를 이용하여 한 주기의 대표 파형을 추출할 수 있다. 이때, 생체신호 파형에서 한 주기 단위의 복수의 단위 파형을 획득하고, 복수의 단위 파형 중의 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 대표 파형을 획득할 수 있다.

도 2a는 PPG 신호에 포함된 요소 파형의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a를 참조하면 일반적으로 PPG 신호는 좌심실 구출(ejection)에 의해 심장에서 출발하여 신체 말단부나 혈관 분기점들로 향하는 전진파와 말단부나 혈관 분기점들에서 다시 되돌아오는 반사파의 중첩으로 구성될 수 있다. 이와 같이 전진파는 심장 특성과 관련되며, 반사파는 혈관 특성과 관련이 있다고 할 수 있다. 일반적으로 좌심실 구출에 의한 전진파는 콩팥 동맥(renal arteries)과 장골 동맥(iliac arteries)에서 주요하게 반사되어 제1 반사파(P2)와 제2 반사파(P3)를 생성한다. 이와 같이 PPG 신호의 파형을 각 요소 파형들(P1, P2, P3, P4)로 구분하고, 각 요소 파형들(P1, P2, P3, P4)과 연관된 시간 및/또는 PPG 신호의 진폭 등을 분석하여 혈압을 추정할 수 있다.

도 2b는 사용자가 앉은 자세에서 측정된 정상적인 PPG 신호의 한 주기(Tp) 파형을 도시한 것이다. 도 2c는 누운 자세(예: 수면중)에서 측정된 비정상 PPG 신호의 한 주기(Tp) 파형을 도시한 것이다.

일반적으로 도 2b에 도시된 바와 같이 정상적인 PPG 신호의 파형에서 네 번째 파형 성분(P4)은 세 번째 파형 성분(P3)에 거의 중첩된 형태로 나타난다. 이에 반해 수면 중일 때와 같이 앉은 자세에서 누운 자세로 변하게 되면 심장과 수직으로 배열되었던 중심 대동맥이 심장과 수평한 위치로 바뀌게 되어 중심 대동맥에서는 심장과의 높이 차이로 인한 중력 때문에 가해진 정수압 압력이 사라지게 된다. 정수압 압력이 감소하게 되면 생리학적으로 대동맥 혈관의 탄성도가 증가하고 직경이 감소하게 되어 가슴 대동맥이나 복부 대동맥을 지나는 파형 성분의 속도가 느려질 수 있다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 파형 성분의 속도가 느려져 이완기 구간의 파형 성분들(P3, P4) 사이의 시간 간격이 점점 더 벌어지면 서로 겹치는 시간 구간은 줄어들고 독립적인 파형 성분(PT)이 발생한 것처럼 보일 수 있다. 이와 같이 네 번째 파형 성분(P4)이 뒤로 밀리면 다음 한 주기 파형의 첫 번째 파형 성분(P1_next)과 겹치는 부분이 증가할 수 있다. 이로 인해 각 펄스의 수축기 시작점이 상대적으로 위로 상승할 수 있고 전체 PPG 신호의 기준선(baseline)은 증가할 수 있다.

도 2d는 비정상적 파형이 발생한 경우의 한 주기 PPG 신호 및 2차 미분신호를 도시한 것이다. 도 2c와 같이 이완기 구간의 파형 성분들(P3, P4) 사이의 간격이 벌어지게 되면 세 번째 파형 성분(P3)과 네 번째 파형 성분(P4) 사이의 오목하게 들어간 지점(MP)이 최저점이 될 수 있다. 최저점을 기준으로 한 주기 신호를 분할할 때 정상적인 파형에서 시간 구간(Ta~Tb)을 한 주기로 분할하게 되나, 이완기 구간 내에 최저점이 발생하게 되면 도 2d에 도시된 바와 같이 직전 주기 파형에 포함되어야 할 꼬리 파형 성분(PT1)이 현재 주기 파형의 맨 앞에 붙은 형태로 분할되고, 현재 주기 파형에 포함되어야 할 꼬리 파형 성분(PT2)이 다음 한 주기 파형으로 분할될 수 있다. 이와 같이 이상적이지 않은 PPG 신호 및/또는 2차 미분신호를 분석하는 경우, 정확한 파형 분석이 어렵게 되고, 이를 이용하여 예컨대 혈압 등의 생체정보를 추정하는 경우 정확성이 떨어질 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.

프로세서(120)는 PPG 신호가 센서(110)로부터 수신되면 PPG 신호를 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점과 극소점 쌍들을 추출하고, 추출된 극대점과 극소점 쌍들 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하며, 선택된 기준 쌍의 극대점 및/또는 극소점을 이용하여 PPG 신호가 정상적인 파형인지 아닌지를 판단할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 프로세서(120)는 PPG 신호의 한 주기(0~Tp) 대표 파형을 획득하고, 대표 파형을 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 2차 미분신호에서 시간 순으로 순차적으로 극대점과 극소점의 쌍((M1,N1),(M2,N2),(M3,N3),(M4,N4),…)을 추출할 수 있다. 프로세서(120)는 추출된 극대점과 극소점 쌍들(M1,N1),(M2,N2),(M3,N3),(M4,N4),…) 중에서 소정 기준에 따라 하나의 기준 쌍을 선택할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 미리 설정된 시간 구간(0~Trange) 내에서 극대값과 극소값의 차이를 산출하고 기준 쌍을 선택할 수 있다. 이때, 구간 종료 지점(Trange)은 한 주기(Tp)에 기초한 값으로, 예컨대 Tp/2일 수 있다.

일 예로, 수학식 1과 같이 각 쌍별로 극대값과 극소값의 차이를 산출하고, 산출된 차이가 가장 큰 쌍을 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

여기서, n은 극대점과 극소점 쌍의 인덱스이고, Vmax(n)는 n번째 쌍의 극대값, Vmin은 n번째 쌍의 극소값을 나타낸다. D(n)은 n 번째 쌍의 극대값(Vmax)과 극소값(Vmin)의 차이를 나타낸다.

다른 예로, 수학식 2와 같이 각 쌍별로 극대값과 극소값의 차이에 소정 계수를 곱한 결과가 가장 큰 쌍을 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

여기서, n은 극대점과 극소점 쌍의 인덱스이고, Vmax(n)는 n번째 쌍의 극대값, Vmin은 n번째 쌍의 극소값을 나타낸다. a(n)은 n 번째 쌍에 대한 계수를 나타낸다. 이때, a(n)은 1 보다 작거나 같은 임의의 값으로, 예컨대

과 같이 정의될 수 있다. D(n)은 n 번째 쌍의 극대값(Vmax)과 극소값(Vmin)의 차이에 계수(a(n))를 곱한 결과를 나타낸다.

프로세서(120)는 이와 같이 하나의 기준 쌍이 선택되면, 선택된 기준 쌍의 극대점 시간 값을 이용하여 PPG 신호의 파형이 이상적인 파형인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에서 두 번째 쌍(M2,N2)의 극대값)과 극소값 사이의 차이가 가장 크므로 두 번째 쌍(M2,N2)을 기준 쌍으로 선택하고, 선택된 두 번째 쌍(M2,N2)의 극대점(M2)에 해당하는 시간 값(Teff)을 미리 설정된 임계치와 비교하여, 그 시간 값(Teff)이 임계치보다 크거나 같으면 비정상 파형으로 판단하고, 그렇지 않으면 정상 파형으로 판단할 수 있다. 이때, 임계치는 일반적으로 정상적인 파형에서 첫 번째 극대점이 발생되는 시간 값을 고려하여 모든 사용자들에게 보편적으로 적용된 고정값(예: 120ms)으로 미리 설정될 수 있으며, 고정값은 사용자 개인별로 캘리브레이션을 통해 개인화된 값으로 조정될 수 있다.

프로세서(120)는 판단 결과 PPG 신호가 정상이면 생체정보 추정 과정을 계속 진행하고, 비정상이면 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정 과정을 종료하거나 PPG 신호의 비정상 선언을 한 후 생체정보 추정 과정을 계속 진행할 수 있다. 프로세서(120)는 비정상 선언이나 추정 실패 선언에 관한 정보, 및/또는 생체정보 추정 결과 등을 출력 장치(예: 디스플레이, 음성 출력 장치, 햅틱 장치 등)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

프로세서(120)는 PPG 신호의 정상 여부와 상관없이 생체정보 추정 과정을 진행할 때 선택된 기준 쌍(M2,N2)을 2차 미분 신호의 유효한 첫 번째 쌍으로 설정하고, 설정된 첫 번째 쌍의 극대점 시간 지점(Teff)부터 2차 미분신호 파형 및/또는 PPG 신호를 분석하여 생체정보 추정을 위한 하나 이상의 특징을 추출하고, 추출된 특징을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 또는, PPG 신호가 비정상인 경우 비정상 PPG 신호에 해당하는 부분의 순서를 변경하여 한 주기 신호를 수정한 다음 생체정보를 추정할 수 있다. 일 예로, PPG 신호의 현재 한 주기 신호에서 비정상 부분(예: 현재 한 주기 신호에서 기준 쌍 이전의 시간 구간, 또는 현재 한 주기 신호의 시작 시점으로부터 소정 시간 구간)을 현재 한 주기 신호의 뒷 부분으로 이동시켜 현재 한 주기 신호를 수정할 수 있다. 다른 예로, PPG 신호의 현재 한 주기 신호에서 그 비정상 부분을 삭제하고, 현재 한 주기 신호 다음 신호에서 그 비정상 부분에 대응하는 구간의 신호를 현재 한 주기 신호의 마지막 부분에 붙여 현재 한 주기 신호를 수정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.

도 3b를 참조하면, 프로세서(120)는 PPG 신호의 한 주기(0~Tp) 대표 파형을 획득하고, 대표 파형을 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 2차 미분신호에서 시간 순으로 순차적으로 극대점과 극소점의 쌍((M1,N1),(M2,N2),(M3,N3),(M4,N4),…)을 추출할 수 있다. 프로세서(120)는 추출된 극대점과 극소점 쌍들(M1,N1),(M2,N2),(M3,N3),(M4,N4),…) 중에서 소정 기준에 따라 두 개의 기준 쌍을 선택할 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 쌍의 제1 기준 쌍으로 선택하고, 두 번째 쌍을 제2 기준 쌍으로 선택할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 도 3a의 예를 통해 구한 기준 쌍을 제2 기준 쌍으로 선택하고 그 직전의 쌍을 제1 기준 쌍으로 선택하는 등 다양한 방법으로 선택하는 것이 가능하다.

프로세서(120)는 2차 미분신호에서 첫 번째 쌍(M1,N1)과 두 번째 쌍(M2,N2)을 각각 제1 기준 쌍과 제2 기준 쌍으로 선택한 경우 제1 기준 쌍의 극소점(N1)과 제2 기준 쌍의 극소점(N2)을 이용하여 PPG 신호의 정상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, PPG 신호에서 제1 기준 쌍의 극소점(N1)의 시간 지점(T1)에 대응하는 진폭(A1)과 제2 기준 쌍의 극소점(N2)의 시간 지점(T2)에 대응하는 진폭(A2) 사이의 비율(A2/A1)을 미리 설정된 임계치(예: 10)와 비교하고, 비율(A2/A1)이 임계치보다 크거나 같으면 PPG 신호가 비정상이라고 판단하고 그렇지 않으면 정상이라고 판단할 수 있다. 이때, 임계치는 장치의 성능, 요구되는 생체정보 추정 정확도 등을 기초로 미리 설정될 수 있다.

프로세서(120)는 판단 결과 PPG 신호가 정상이면 생체정보 추정 과정을 계속 진행하고, 비정상이면 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정 과정을 종료하거나 PPG 신호의 비정상 선언을 한 후 생체정보 추정 과정을 계속 진행할 수 있다. 비정상 선언이나 추정 실패 선언에 관한 정보, 및/또는 생체정보 추정 결과 등을 출력 장치(예: 디스플레이, 음성 출력 장치, 햅틱 장치 등)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

프로세서(120)는 생체정보 추정 과정을 진행할 때 제1 기준 쌍 또는 제2 기준 쌍을 2차 미분신호의 유효한 첫 번째 쌍으로 설정하고, 2차 미분신호 및/또는 PPG 신호에서 유효한 첫 번째 쌍부터 파형을 분석하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 유효한 첫 번째 쌍을 설정하는 조건이 미리 정의될 수 있다. 일 예로, PPG 신호가 정상이면 무조건 제1 기준 쌍을 유효한 첫 번째 쌍으로 설정할 수 있다. 또는, 비율(A2/A1)이 정상 범위 내라도 일정 정도 이상이면 제2 기준 쌍을 유효한 첫 번째 쌍으로 설정할 수 있다. 다른 예로, PPG 신호가 비정상인 경우 제2 기준 쌍을 유효한 첫 번째 쌍으로 설정할 수 있다. 또는, 전술한 바와 같이 PPG 신호가 비정상인 경우 비정상 PPG 신호에 해당하는 부분의 순서를 변경하여 한 주기 신호를 수정한 다음 생체정보를 추정할 수 있다.

한편, 프로세서(120)는 도 3a의 실시예와 도 3b의 실시예를 모두 적용하여 생체신호의 비정상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 먼저 도 3a의 실시예를 적용하여 생체신호의 비정상 여부를 판단하고, 비정상으로 판단되는 경우 도 3b의 실시예를 적용하여 다시 생체신호의 비정상 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(120)는 두 차례의 판단 과정에서 모두 비정상으로 판단되는 경우 최종적으로 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정을 종료하며, 두 번째 판단 과정에서 정상으로 판단되는 경우 생체정보 추정 과정을 계속 진행할 수 있다.

프로세서(120)는 전술한 판단 결과에 따라 생체정보, 예컨대 혈압 추정 과정을 진행할 때 2차 미분신호에서 유효한 첫 번째 쌍으로 설정된 지점부터 파형을 분석하여 하나 이상의 혈압 연관된 특징을 추출할 수 있다.

일반적으로 평균 혈압의 변화량은 아래의 수학식 3과 같이 심박출량(cardiac output, CO)과 총혈관저항(total peripheral resistance, TPR)에 비례하는 것으로 알려져 있다.

여기서, ΔMAP는 좌심실과 우심방 사이의 평균 동맥압의 차이를 나타낸다. 일반적으로 우심방 평균 혈압의 경우 3~5mmHg를 넘지 않아 좌심실 평균 동맥압 또는 상완 평균 동맥압과 유사한 값을 가진다. 절대적인 실제 심박출량과 총혈관저항 값을 알고 있다면 대동맥 혹은 상완에서의 평균 혈압을 구할 수 있다. 하지만, PPG 신호를 기반으로 절대적인 심박출량 및 총혈관저항 값을 추정하는 것은 쉽지 않다. 따라서, CO 연관 특징 및/또는 TPR 연관 특징을 이용하여 혈압 변화량을 획득할 수 있다. 여기서, CO 연관 특징은 안정 상태 대비 실제 TPR은 큰 변화가 없지만 실제 CO는 상대적으로 증가/감소할 때, 실제 CO에 비례하여 증가/감소하는 경향을 보이는 특징을 의미한다. 또한, TPR 연관 특징은 안정 상태 대비 실제 CO는 큰 변화가 없지만 실제 TPR은 상대적으로 증가/감소할 때 실제 TPR에 비례하여 증가/감소하는 경향을 보이는 특징을 의미한다.

프로세서(120)는 PPG 신호 및/또는 2차 미분신호로부터 CO 연관 특징 및/또는 TPR 연관 특징을 추출할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 PPG 신호로부터 심박수(heart rate, HR)를 CO 연관 특징으로 추출할 수 있다. 또한, 2차 미분신호에서 유효한 첫 번째 쌍과 두 번째 쌍의 극소점의 시간값을 각각 T1, T2라 하고, PPG 신호에서 그 시간값 T1, T2에 대응하는 진폭값을 각각 P1, P2라 할 때, 프로세서(120)는 시간값 T1, T2에 대응하는 진폭들 사이의 비율(P2/P1)을 TPR 연관 특징으로 추출할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 아니며, 예컨대 2차 미분신호에서 각 파형 성분들의 시간값과 그 시간값에 대응하는 PPG 신호의 진폭값, 수축기 구간에서 PPG 신호의 최대 진폭 지점의 시간값과 진폭값, 그 수축기 구간에서 PPG 신호의 기울기가 0에 가장 가까운 지점의 시간값과 진폭값, 2차 미분신호에서 인접한 파형 성분들의 시간값을 내분한 지점의 시간값과 진폭값, PPG 신호의 전체 또는 일부 구간의 면적, 시간 경과, 주기, 및 맥압 중의 하나 또는 둘 이상을 적절히 조합한 값을 CO 연관 특징 및/또는 TPR 연관 특징으로 추출할 수 있다.

프로세서(120)는 CO 연관 특징 및/또는 TPR 연관 특징이 추출되면 미리 정의된 혈압 추정 모델을 이용하여 혈압을 추정할 수 있다. 프로세서(120)는 CO 연관 특징, TPR 연관 특징 외에 추가 특징을 획득할 수 있으며, 각 특징 값들을 혈압 추정 모델에 입력하여 최종 혈압값을 획득할 수 있다. 이때, 혈압 추정 모델은 특징값들과 혈압 사이의 상관 관계를 정의한 것으로 선형/비선형 수학식 형태로 정의될 수 있다.

한편, 프로세서(120)는 수면 중에 진행되어 추정된 혈압을 수면 상태가 아닌 정상적인 자세에서 추정된 혈압과 비교할 수 있다. 또한, 비교 결과를 기초로 심혈관 질환과 관련된 다양한 정보를 예측할 수 있다. 예를 들어, 수면 혈압이 비수면 혈압에 비해 임계치 이상 낮아지지 않는 경우, 또는 수면 중의 정상 혈압 범위 내에 있지 않는 경우 혈전, 기립성 저혈압 등과 같은 심혈관 질환 위험의 발생 가능성을 사용자에게 가이드 할 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 5a 내지 도 5c는 전자장치에서 혈압 추정 관련 정보를 제공하는 도면들이다.

도 4를 참조하면, 생체정보 추정 장치(400)는 센서(110) 및 프로세서(120), 통신부(410), 출력부(420) 및 저장부(430)를 포함할 수 있다. 센서(110)와 프로세서(120) 구성에 대하여는 앞에서 자세히 설명하였으므로 이하 생략한다.

통신부(410)는 프로세서(120)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 프로세서(120)의 제어에 따라 다양한 통신 기술을 이용하여 다른 전자장치와 기준 혈압, 혈압 추정 모델, 생체신호의 정상 여부에 관한 정보, 혈압 추정 결과 등의 데이터를 송수신할 수 있다. 다른 전자장치는 커프 혈압계와 같은 혈압 측정 장치, 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC, 웨어러블 기기 등을 포함할 수 있다. 다만, 여기 예시된 바에 제한되는 것은 아니다. 이때, 통신 기술은 블루투스(Bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있다.

출력부(420)는 센서(110) 및/또는 프로세서(120)의 처리 결과를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부(420)는 디스플레이를 포함한 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 이용하여 시각적/비시각적인 다양한 방법으로 사용자에게 정보를 제공할 수 있다.

예를 들어, 도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 출력부(420)는 정상적으로 혈압 추정이 된 경우 장치(400)의 본체(MB)에 배치된 디스플레이(DP) 상에 혈압 추정 결과(511)를 표시할 수 있다. 또한, 프로세서(120)가 PPG 신호를 비정상으로 선언한 경우 비정상 선언에 관한 정보, 예컨대 "PPG 신호가 비정상입니다"라는 텍스트를 출력할 수 있다. 또한, 프로세서(120)가 추정 실패를 선언한 경우 도 5b에 도시된 바와 같이 "측정 실패"와 같은 텍스트(512)를 출력할 수 있다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 예컨대 야간의 수면 상태에서 한 시간 단위로 자동으로 측정이 진행된 경우 측정 결과를 시각적인 그래프(513)로 표시할 수 있다. 이때, 사용자가 그래프(513) 상에서 그래픽 객체(B1)를 선택하는 경우 해당 시점(새벽 2:00)의 혈압 추정 결과를 도 5a와 같이 표시할 수 있고, 그래픽 객체(B3)를 선택하는 경우 해당 시점(새벽 4:00)의 측정 실패에 관한 정보를 도 5b와 같이 표시할 수 있다. 다만, 이러한 예들은 설명의 편의를 위함일 뿐 이 예들에 제한되는 것은 아니다.

저장부(430)는 센서(110) 및/또는 프로세서(120)에서 필요한 데이터 및/또는 센서(110) 및/또는 프로세서(120)의 처리 결과를 저장할 수 있다. 예컨대, 혈압 추정 모델, 정상 여부 판단 기준, 임계치, 사용자 특성(예: 성별, 나이, 건강 상태 등), 생체신호, 특징값, 기준 혈압, 혈압 추정값 등을 저장할 수 있다.

저장부(430)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 6은 일 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다. 도 6의 생체신호 정상 여부 판단 방법은 전술한 생체정보 추정 장치(100,400)에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 생체정보 추정 장치는 생체신호를 입력 받는다(610). 이때, 생체정보 추정 장치는 센서를 통해 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 생체신호를 획득할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 다른 전자장치로부터 피검체에서 측정된 생체신호를 수신할 수 있다. 생체정보 추정 장치는 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하는 등의 전처리 과정을 수행할 수 있다.

그 다음, 생체신호를 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다(620). 이때, 생체정보 추정 장치는 예컨대 생체신호 파형을 최소점 기준으로 한 주기 대표 파형을 획득하고, 대표 파형을 2차 미분할 수 있다.

그 다음, 2차 미분신호 파형에서 복수의 (극대점,극소점) 쌍을 추출할 수 있다(630). 이때, 2차 미분신호 파형에서 시간 순으로 순차적으로 (극대점,극소점) 쌍을 추출할 수 있다.

그 다음, 복수의 (극대점,극소점) 쌍에서 생체신호 정상 여부를 판단하는데 사용하기 위한 하나의 기준 쌍을 선택할 수 있다(640). 예를 들어, 일정 시간 구간 내에서 각 쌍의 극대값에서 극소값을 뺀 값이 가장 큰 쌍, 또는 각 쌍의 극대값에서 극소값을 뺀 값에 소정 계수를 곱한 값이 가장 큰 쌍을 기준 쌍으로 선택할 수 있다.

그 다음, 단계(640)에서 선택된 기준 쌍의 극대점 시간을 임계치와 비교할 수 있다(650). 비교 결과 기준 쌍의 극대점 시간이 임계치보다 크거나 같으면 생체신호 파형이 비정상이라고 선언하고(660), 그렇지 않으면 생체신호 파형이 정상이라고 선언할 수 있다(670). 생체정보 추정 장치는 생체신호 파형이 정상인 경우 생체정보 추정 절차를 계속 진행할 수 있고, 생체신호 파형이 비정상인 경우 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정 절차를 종료하거나, 비정상 선언을 한 상태에서 생체정보 추정 절차를 계속 진행할 수도 있다.

도 7 다른 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다. 도 7의 생체신호 정상 여부 판단 방법은 전술한 생체정보 추정 장치(100,400)에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 생체정보 추정 장치는 생체신호를 입력 받는다(710). 이때, 센서를 통해 생체신호를 획득하거나, 다른 전자장치로부터 피검체에서 측정된 생체신호를 수신할 수 있다. 생체정보 추정 장치는 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하는 등의 전처리 과정을 수행할 수 있다.

그 다음, 생체신호를 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다(720). 이때, 생체정보 추정 장치는 예컨대 생체신호 파형을 최소점 기준으로 한 주기 대표 파형을 획득하고, 대표 파형을 2차 미분할 수 있다.

그 다음, 2차 미분신호 파형에서 복수의 (극대점,극소점) 쌍을 추출할 수 있다(730). 이때, 2차 미분신호 파형에서 시간 순으로 순차적으로 (극대점,극소점) 쌍을 추출할 수 있다.

그 다음, 복수의 (극대점,극소점) 쌍에서 생체신호 정상 여부를 판단하는데 사용하기 위한 두 개의 기준 쌍을 선택할 수 있다(740). 예를 들어, 일정 시간 구간 내에서 첫 번째 쌍과 두 번째 쌍을 기준 쌍으로 획득할 수 있다.

그 다음, 단계(740)에서 선택된 기준 쌍들의 극소점 시간에 대응하는 PPG 신호의 진폭값들의 비율을 임계치와 비교할 수 있다(750). 비교 결과 기준 쌍들의 진폭 비율이 임계치보다 크거나 같으면 생체신호 파형이 비정상이라고 선언하고(760), 그렇지 않으면 생체신호 파형이 정상이라고 선언할 수 있다(770). 생체정보 추정 장치는 생체신호 파형이 정상인 경우 생체정보 추정 절차를 계속 진행할 수 있고, 생체신호 파형이 비정상인 경우 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정 절차를 종료하거나, 비정상 선언을 한 상태에서 생체정보 추정 절차를 계속 진행할 수도 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 생체신호의 정상 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다. 도 8의 생체신호 정상 여부 판단 방법은 전술한 생체정보 추정 장치(100,400)에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 생체정보 추정 장치는 생체신호를 입력 받고(810), 입력된 생체신호를 2차 미분하여 2차 미분신호를 획득할 수 있다(820). 그 다음, 2차 미분신호 파형에서 복수의 (극대점,극소점) 쌍을 추출하고(830), 복수의 (극대점,극소점) 쌍에서 제1 조건에 따라 하나의 기준 쌍을 선택할 수 있다(840). 예를 들어, 제1 조건은 일정 시간 구간 내에서 각 쌍의 극대값에서 극소값을 뺀 값이 가장 큰 쌍, 또는 각 쌍의 극대값에서 극소값을 뺀 값에 소정 계수를 곱한 값이 가장 큰 쌍을 기준 쌍으로 선택하는 것일 수 있다.

그 다음, 단계(840)에서 선택된 기준 쌍의 극대점 시간을 임계치와 비교하여(850), 비교 결과 기준 쌍의 극대점 시간이 임계치보다 크거나 같으면 제2 조건에 따라 다시 두 개의 기준 쌍을 선택하고(860), 선택된 기준 쌍들의 극소점 시간에 대응하는 PPG 신호의 진폭값들의 비율을 임계치와 비교할 수 있다(870). 비교 결과 기준 쌍들의 진폭 비율이 임계치보다 크거나 같으면 생체신호 파형이 비정상이라고 선언할 수 있다(880). 단계(850)에서 비교 결과 기준 쌍의 극대점 시간이 임계치보다 작거나, 단계(870)에서 기준 쌍들의 진폭 비율이 임계치보다 작으면 생체신호 파형이 정상이라고 선언할 수 있다(890).

도 9 내지 도 11은 생체정보 추정 장치를 포함한 전자장치의 다양한 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.

전자장치는 예컨대, 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 이어폰, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이 타입의 웨어러블 기기, 및 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일기기, 또는 가전 기기나 사물인터넷(Internet of Things)을 기반으로 하는 다양한 IoT 기기(예: 홈 IoT 기기 등)일 수 있다.

전자장치는 센서장치, 프로세서, 입력장치, 통신모듈, 카메라모듈, 출력장치, 저장장치, 및 전력모듈을 포함할 수 있다. 전자장치의 구성들은 특정 기기에 일체로 탑재되거나, 둘 이상의 기기에 분산 탑재될 수 있다. 센서장치는 생체정보 추정 장치(100,400)의 센서를 포함할 수 있으며, 그 밖에 자이로센서, GPS(Global Positioning System) 등의 추가적인 센서를 포함할 수 있다.

프로세서는 저장장치에 저장된 프로그램 등을 실행하여 프로세서에 연결된 구성요소들을 제어할 수 있고 이를 통해 생체정보 추정을 포함한 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는 중앙 처리 장치 및 어플리케이션 프로세서 등과 같은 메인 프로세서 및, 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서 예컨대, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등을 포함할 수 있다.

입력장치는 전자장치의 각 구성요소에서 사용될 명령 및/또는 데이터를 사용자 등으로부터 수신할 수 있다. 입력장치는 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.

통신모듈은 전자장치와 네트워크 환경 내에 있는 다른 전자장치나 서버 또는 센서장치 사이의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신모듈은 프로세서와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신모듈은 예컨대 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈 등의 무선 통신 모듈, 및/또는 예컨대 LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등의 유선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 이와 같이 다양한 종류의 통신 모듈들은 단일 칩 등으로 통합되거나, 서로 별도의 복수 칩으로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈은 가입자 식별 모듈에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 통신 네트워크 내에서 전자 장치(700)를 확인 및 인증할 수 있다.

카메라모듈은 정지영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라모듈은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라모듈에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.

출력장치는 전자장치에 의해 생성되거나 처리된 데이터를 시각적/비시각적인 방식으로 출력할 수 있다. 출력장치는 음향 출력 장치, 표시 장치, 오디오 모듈 및/또는 햅틱 모듈을 포함할 수 있다.

음향 출력 장치는 음향 신호를 전자장치의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치는 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.

표시 장치는 전자장치의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치는 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry) 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.

오디오 모듈은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈은 입력 장치를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치 및/또는 전자 장치와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.

햅틱 모듈은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.

저장장치는 센서장치의 구동을 위해 필요한 구동 조건 및, 그 밖의 전자장치의 구성요소들이 필요로 하는 다양한 데이터 예컨대, 소프트웨어 및 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장장치는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

전력모듈은 전자장치에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈은 PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다. 전력모듈은 배터리를 포함할 수 있으며, 배터리는 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.

도 9를 참조하면 전자장치는 시계 타입의 웨어러블 장치(900)로 구현될 수 있으며 본체와 손목 스트랩을 포함할 수 있다. 본체의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 본체의 후면에 센서장치(810)가 배치될 수 있다.

도 10을 참조하면 전자장치는 스마트 폰(Smart Phone)과 같은 모바일 장치(1000)로 구현될 수 있다. 모바일 장치(1000)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 장치(1000)의 외관을 형성할 수 있다. 하우징의 전면에는 디스플레이 패널 및 커버 글래스(Cover Glass)가 차례로 배치될 수 있고, 디스플레이 패널은 커버 글래스를 통해 외부로 노출될 수 있다. 하우징의 후면 또는 측면에는 센서 장치(1010), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다. 하우징의 내부에는 프로세서 및 그 밖의 다양한 구성들이 배치될 수 있다.

도 11을 참조하면 전자장치는 이어(Ear) 웨어러블 장치(1100)로도 구현될 수 있다. 이어(Ear) 웨어러블 장치(1100)는 본체와 이어 스트랩(Ear Strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 장치(1100)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(External Auditory Meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서장치(1110)가 탑재될 수 있다. 또한, 본체에는 프로세서가 배치될 수 있으며 센서장치(1110)가 측정한 PPG 신호를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 또는, 이어 웨어러블 장치(1100)는 외부 장치와 연동하여 생체정보를 추정할 수 있다. 예컨대, 이어 웨어러블 장치(1100)의 센서장치(1110)에서 측정한 PPG 신호를 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 장치 예컨대 스마트 폰, 테블릿 PC 등으로 전송하여 외부 장치의 프로세서에서 생체정보를 추정하도록 하고, 이어 웨어러블 장치의 본체 내에 마련된 음향 출력 모듈을 통해 생체정보 추정값을 출력할 수 있다.

한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 생체신호의 특징 추출 장치 110: 센서
120: 프로세서 410: 통신부
420: 출력부 430: 저장부
900: 스마트워치 타입 웨어러블 기기 910: 센서장치
1000: 모바일 장치 1010: 센서장치
1100: 이어 타입 웨어러블 기기 1110: 센서장치

Claims (20)

1. 피검체에 광을 조사하는 광원과 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터를 포함하고, 상기 검출된 광을 기초로 PPG(Photoplethysmogram) 신호를 획득하는 PPG 센서; 및
   상기 PPG 신호의 2차 미분신호를 획득하고, 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하며, 추출된 쌍들 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하고, 선택된 적어도 하나의 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 판단 결과 PPG 신호가 정상이면, 상기 PPG 신호를 이용하여 혈압을 포함한 생체정보를 추정하고, 판단 결과 PPG 신호가 비정상이면 추정 실패를 선언하고 생체정보 추정을 종료하거나, 상기 비정상으로 판단된 PPG 신호의 한 주기 신호를 수정한 후 생체정보를 추정하거나, 또는 상기 선택된 기준 쌍을 상기 2차 미분신호에 대한 유효한 첫 번째 쌍으로 설정한 다음 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 생체정보 추정 결과 및 추정 실패에 관한 정보 중의 적어도 하나를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 2차 미분신호에서 시간 순으로 순차적으로 극대점과 극소점의 쌍을 추출하는 생체정보 추정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 추출된 각 쌍의 극대값과 극소값의 차이를 산출하고, 산출된 극대값과 극소값의 차이에 기초하여 상기 기준 쌍을 선택하는 생체정보 추정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 PPG 신호의 한 주기를 기초로 설정된 일정 시간 구간 내에서 상기 기준 쌍을 선택하는 생체정보 추정 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 산출된 극대값과 극소값의 차이가 가장 큰 쌍, 또는 상기 산출된 극대값과 극소값의 차이에 소정 계수를 곱한 결과가 가장 큰 쌍을 상기 기준 쌍으로 선택하는 생체정보 추정 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 결정된 기준 쌍의 극대점의 시간을 소정 임계치와 비교하여 상기 극대점의 시간이 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단하는 생체정보 추정 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 PPG 신호가 정상으로 판단되면, 상기 기준 쌍을 상기 2차 미분신호에 대한 유효한 첫 번째 쌍으로 설정한 다음 2차 미분신호 및 PPG 신호 중의 적어도 하나를 이용하여 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 추출된 쌍들 중에서 첫 번째 쌍 및 두 번째 쌍을 각각 제1 기준 쌍 및 제2 기준 쌍으로 선택하는 생체정보 추정 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제1 진폭과 제2 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제2 진폭을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 생체정보 추정 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭 사이의 비가 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단하는 생체정보 추정 장치.
13. PPG 센서를 통해, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG 신호를 측정하는 단계;
    프로세서를 통해, 상기 PPG 신호의 2차 미분신호를 획득하는 단계;
    상기 프로세서를 통해, 상기 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하는 단계;
    상기 프로세서를 통해, 상기 추출된 복수의 극대점 및 극소점의 쌍 중에서 적어도 하나의 기준 쌍을 선택하는 단계; 및
    상기 프로세서를 통해, 상기 선택된 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 기준 쌍을 선택하는 단계는
    상기 추출된 각 쌍의 극대값과 극소값의 차이를 산출하고, 산출된 극대값과 극소값의 차이에 기초하여 상기 기준 쌍을 선택하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 기준 쌍을 선택하는 단계는
    상기 산출된 극대값과 극소값의 차이가 가장 큰 쌍, 또는 상기 산출된 극대값과 극소값의 차이에 소정 계수를 곱한 결과가 가장 큰 쌍을 상기 기준 쌍으로 선택하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
16. 제14항에 있어서,
    상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는
    상기 결정된 기준 쌍의 극대점의 시간을 소정 임계치와 비교하여 상기 극대점의 시간이 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
17. 제13항에 있어서,
    상기 기준 쌍을 선택하는 단계는
    상기 추출된 쌍들 중에서 첫 번째 쌍 및 두 번째 쌍을 각각 제1 기준 쌍 및 제2 기준 쌍으로 선택하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는
    상기 제1 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제1 진폭과 제2 기준 쌍의 극소점에 대응하는 상기 PPG 신호의 제2 진폭을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하는 단계는
    상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭 사이의 비가 소정 임계치보다 크면 상기 PPG 신호가 비정상이라고 판단하는 비정상 PPG 신호 검출 방법.
20. 피검체에 광을 조사하는 광원 및 상기 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터를 포함하고, 상기 검출된 광을 기초로 PPG 신호를 측정하는 PPG 센서; 및
    상기 PPG 신호로부터 2차 미분신호를 획득하고, 획득된 2차 미분신호로부터 복수의 극대점 및 극소점의 쌍을 추출하며, 추출된 복수의 쌍들 중에서 제1 조건에 따라 선택된 하나이 기준 쌍을 기초로 상기 PPG 신호의 정상 여부를 판단하고, 판단 결과 비정상이면 제2 조건에 따라 선택된 두 개의 기준 쌍을 이용하여 상기 PPG 신호의 정상 여부를 다시 판단하는 생체정보 추정 장치.
    
    
    
    
    
    

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